C e ntre d ’Et u de s D o ct ora le s
"S c ie nce s et Te c hnol og ie s "
Formation Doctorale :RNE2D
Spécialité :
Gestion et Valorisation des BioressourcesLaboratoire : Laboratoire d’Ingénierie, d’Electrochimie, de Modélisation et d’Environnement
T H E S E d e D O C T O R A T
P r é s e n t é e p a r
O U E D R H I R I w e s s a l
Optimisation des Propriétés antibactériennes et antioxydantes des l’huiles essentielles de dix plantes aromatiques et médicinales de la région de Taounat,
exploitation des outils statistiques (Plans d’expériences).
Soutenue le 16 /09/ 2017 devant le jury composé de :
Pr.Taleb Mustapha FSDM- Fès Président
Pr. ZAID Abdelhamid Faculté des Sciences-Meknès Rapporteur
Pr. ES-SAFI Nour-Eddine ENS-Rabat Rapporteur
Pr.ABDELLAOUI Abdelfattah FSDM -Fès Rapporteur
Pr. ELGHADRAOUI Lahsen FST- Fès Examinateur
Pr. GUEMOUH Rajae FSDM - Fès Examinateur
Pr. GRECHE Hassane FST Fès Directeur de thèse
Année universitaire : 2016-2017
Dédicaces
A la mémoire de mon père
Remerciements
Ce travail de thèse a été réalisé au sein de Faculté des sciences dhar-mahraz, et du Laboratoire des Plantes Aromatiques et Médicinales et Substances Naturelles (LPAMSN), Institut National des Plantes Médicinales et Aromatiques (INPMA), sous la direction du Pr. Hassane Greche.
En sa qualité de Directeur de thèse, je tiens à exprimer ma très vive reconnaissance au Pr.
Hassane Greche., Professeur Habilité à la FST, pour m’avoir accueilli au sein de son laboratoire.
Je le remercie également pour sa qualité d’encadrement pour mener à bien le sujet de recherche qu’il m’a confié, pour sa disponibilité, ses orientations et ses conseils. Enfin, j’ai été extrêmement sensible à ses qualités humaines d'écoute et de compréhension tout au long de ce travail doctoral.
Je remercie également Pr. El Hassouni Mohammed, Directeur du Centre d’Etudes Doctorales (CED).
J’aimerais adresser un remerciement particulier au Doyen de la Faculté des Sciences Dhar El Mehraz, le Pr. Mohammed BENLEMLIH.
Ce travail aurait été incomplet sans la mise en place de collaborations essentielles, permettant notamment d’approfondir cette étude.
Pour cela, je remercie Mme sandrine MOJA, Professeur à université de JEAN-MONNET de saint etienne, ainsi que son équipe.
Je remercie également le Professeurs TALEB Mustapha, Professeur de l’enseignement supérieur de la Faculté des Sciences Dhar El Mehraz Fès, pour l’honneur qu’il me fait en acceptant de présider cette soutenance.
Je tiens à remercier les Professeurs ZAID Abdelhamid, Professeur de l’enseignement supérieur à la Faculté des Sciences Meknès, et ES-SAFI Nour-Eddine Professeur de l’enseignement supérieur à l’école nationale supérieure de Rabat, et ABDELLAOUI Abdelfattah Professeur de l’enseignement supérieur à la Faculté des Sciences Dhar El Mehraz Fès, d’avoir accepté de juger ce travail en qualité de rapporteurs.
Je remercie le Professeur ELGHADRAOUI Lahsen, Professeur de l’enseignement supérieur à
supérieur à la Faculté des Sciences Dhar El Mehraz Fès, d’avoir accepté de participer à ce jury.
J’adresse mes sincères remerciements à tous les professeurs et toutes les personnes qui par leurs conseils et leurs critiques ont guidé mes réflexions et ont accepté à me rencontrer et répondre à mes questions durant mes recherches.
Je n’aurais pas pu mener cette thèse jusqu’au bout sans le soutien de ceux qui me sont les plus proches. J’adresse donc mes derniers remerciements à ma famille.
A toutes et à tous, UN GRAND MERCI
Liste des tableaux
Tableau 1 Interactions antimicrobiennes des combinaisons des HEs, et de leurs composés, contre
plusieurs micro-organismes ... 19
Tableau 2 : Indice de CIF adopté par différents auteurs ... 22
Tableau 3: Présentation générale d’un tableau d’analyse de la variance adapté pour une régression multiple ... 37
Tableau 4: Plantes étudiées, origines, parties utilisées et périodes de récolte ... 41
Tableau 5: Rendements en HE des plantes étudiées... 43
Tableau 6: Composition chimique de l'HE d'O. compactum... 44
Tableau 7: Composition chimique de l'HE d'O majorana ... 46
Tableau 8: Composition chimique de l'HE du T. serpyllum ... 47
Tableau 9: Composition chimique de l'HE de L. dentata ... 49
Tableau 10: La composition chimique de l'HE d’A. herba-alba ... 51
Tableau 11: Composition chimique de l'HE de M. communis ... 52
Tableau 12: Composition chimique de l'HE de M. spicata ... 54
Tableau 13 Composition chimique de l'HE de P. asperum ... 56
Tableau 14: Composition chimique de l'HE d'O. mixta ... 58
Tableau 15: Composition chimique de l'HE des feuilles du C. aurantium ... 60
Tableau 16: Zones d'inhibition des HEs étudiées ... 67
Tableau 17: les CMI des HEs étudiées ... 69
Tableau 18: les CMB des HEs étudiées ... 70
Tableau 19: Caractère bactéricide ou bactériostatique des HEs ... 70
Tableau 20 : k et k' des différentes combinaisons réalisées ... 74
Tableau 21: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l’HE d'O. majorana et de T. serpyllum contre B. subtilis ... 74
Tableau 22: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l’HE d'O. majorana et de T. serpyllum contre S. aureus ... 75
Tableau 23: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l’HE d'O. majorana et de T. serpyllum contre E. coli ... 75
Tableau 24: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l’HE d'O. majorana et de T. serpyllum contre P. aeruginosa. ... 76
Tableau 25: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l’HE d'O. majorana et de L. dentata contre B. subtilis ... 76
Tableau 26 : Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l’HE d'O. majorana et de L. dentata contre S. aureus ... 77
Tableau 27: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l'HE d'O. majorana et de L. dentata contre E. coli ... 77
Tableau 28: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l’HE d'O. mixta et de P. asperum contre B. subtilis ... 78
Tableau 29: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison d'HE d'O. mixta et de P. asperum contre S. aureus ... 78
Tableau 30: Indice de concentration inhibitrice fractionnaire (CIF) et résultat de l'interaction de la combinaison de l’HE des feuilles et celle du zest de C. aurantium contre B. subtilis ... 79
Tableau 31: Teneur en HEs dans les différentes expériences ... 84
Tableau 33: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 1 contre la souche B.
subtilis ... 88
Tableau 34: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 1 contre la souche S. aureus ... 88
Tableau 35: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 1 contre la souche E. coli ... 89
Tableau 36: Résidus entre les valeurs observées et les valeurs calculées par le mélange 1 contre B. subtilis, S. aureus et E. coli ... 90
Tableau 37 : Effets des coefficients du modèle qui relient la réponse aux facteurs pour le mélange 1 contre B. subtilis ... 91
Tableau 38: Effets des coefficients du modèle qui relient la réponse aux facteurs pour le mélange 1 contre S. aureus ... 91
Tableau 39: Effets des coefficients du modèle qui relient la réponse aux facteurs pour le mélange 1 contre E. coli... 92
Tableau 40: Matrice d'expérimentation et réponses expérimentales du mélange 2... 99
Tableau 41: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 2 contre B. subtilis ... 101
Tableau 42: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 2 contre S. aureus ... 102
Tableau 43: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 2 contre E. coli ... 102
Tableau 44: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 2 contre P. aeruginosa 103 Tableau 45: Résidus entre les valeurs observées et les valeurs calculées pour le mélange 2 contre B. subtilis, S. aureus, E. coli et P. aeruginosa ... 104
Tableau 46: Effets des coefficients du modèle du mélange 2 qui relient la réponse aux facteurs pour B. subtilis ... 105
Tableau 47: Effets des coefficients du modèle du mélange 2 qui relient la réponse aux facteurs pour S. aureus ... 105
Tableau 48: Effets des coefficients du modèle du mélange 2 qui relient la réponse aux facteurs pour E. coli ... 106
Tableau 49: Effets des coefficients du modèle du mélange 2 qui relient la réponse aux facteurs pour P. aeruginosa ... 106
Tableau 50: Matrice d'expérimentation et réponses expérimentales du mélange3... 115
Tableau 51: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 3 contre B. subtilis ... 116
Tableau 52: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 3 contre S. aureus ... 117
Tableau 53: Analyse de la variance pour le modèle postulé pour le mélange 3 contre E. coli ... 117
Tableau 54: Résidus entre les valeurs observées et les valeurs calculées pour le mélange 3 ... 118
Tableau 55: Effet des coefficients du modèle du mélange 3 qui relient la réponse aux facteurs pour la souche B. subtilis ... 119
Tableau 56: Effet des coefficients du modèle du mélange 3 qui relient la réponse aux facteurs pour la souche S. aureus ... 119
Tableau 57: Effet des coefficients du modèle du mélange 3 qui relient la réponse aux facteurs pour la souche E. coli ... 120
Tableau 58: Teneur des mélanges en HEs étudiées ... 131
Tableau 59: IC50 obtenues pour les HEs ... 133
Tableau 60: Matrice d'expérimentation et réponses expérimentales obtenues par le mélange 1 ... 133
Tableau 61: Analyse de la variance pour le modèle postulé par le mélange 1 ... 134
Tableau 62: Résidus entre les valeurs expérimentales et les valeurs calculées par le modèle du mélange
1 ... 135
Tableau 63: Effets des coefficients du modèle du mélange 1 qui relient la réponse aux facteurs ... 135
Tableau 64: Matrice d'expérimentation et réponses expérimentales du mélange 2... 138
Tableau 65: Analyse de la variance pour le modèle postulé du mélange 2 ... 138
Tableau 66: Résidus entre les valeurs expérimentales et les valeurs calculé par le modèle du mélange2 ... 139
Tableau 67: Effets des coefficients du modèle du mélange 2 qui relient la réponse aux facteurs ... 140
Tableau 68: Matrice d'expérimentation et réponses expérimentales du mélange 3... 142
Tableau 69: Analyse de la variance pour le modèle postulé du mélange 3 ... 143
Tableau 70: Résidus entre les valeurs expérimentales et les valeurs calculé par le modèle du mélange 3 ... 144
Tableau 71: Effets des coefficients du modèle du mélange 3 qui relient la réponse aux facteurs ... 144
Liste des figures
Figure 1 : Biosynthèse d’isoprène : La voie du mévalonate... 7
Figure 2 Biosynthèse d'isoprène : La voie du MEP ... 8
Figure 3 : Biosynthèse générale des terpénoïdes[1] ... 9
Figure 4: Terpènes antibactériens ... 15
Figure 5: Domaine expérimental continu ... 29
Figure 6 Domaine expérimental discret ... 29
Figure 7: Schéma illustre Le mélange 1 qui contient 20 % de A et 80 % de B. Le mélange 2 contient 77 % de A et 23 % de B [101] ... 31
Figure 8: Compositions des mélanges à deux constituants représentées par les points du segment de droite AB [101]... 32
Figure 9: Représentation des mélanges à trois constituants à l’aide d’un triangle équilatéral[101] ... 32
Figure 10 : Etapes mathématiques aboutissants au calcul des coefficients[103] ... 35
Figure 11: Dégradation d'acétate de sabinène pendant l’hydrodistillation ... 45
Figure 12: Schéma descriptif de la méthode de diffusion sur disc d'agar ... 64
Figure 13: Schéma descriptif de la méthode déterminant la CMI ... 65
Figure 14: Schéma descriptif de la méthode déterminant le CIF indice ... 73
Figure 15 : Experiences à réalisées dans un plan de mélange centré augmenté ... 84
Figure 16: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisé avec le mélange 1 sur la souche B. subtilis ... 87
Figure 17: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisé avec le mélange 1 sur la souche S. aureus ... 87
Figure 18: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisé avec le mélange 1 sur la souche E. coli ... 87
Figure 19: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange 1 correspondant à la souche B. subtilis ... 88
Figure 20: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange 1correspondant à la souche S. aureus ... 89
Figure 21: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange 1correspondant à la souche E. coli ... 90
Figure 22: Représentation en 2D et 3D des variations de la CMI par le mélange 1 ... 93
Figure 23: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 1 contre B. subtilis ... 95
Figure 24: Profileur du mélange 1 pour la réponse CMI=0,06 de B. subtilis ... 95
Figure 25: Profileur du mélange 1 pour la réponse CMI=0,06 de S. aureus ... 96
Figure 26: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 1 contre S. aureus ... 97
Figure 27: Profileur du mélange 1 pour la réponse CMI=0,06 de E. coli ... 98
Figure 28: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 1 contre E. coli. ... 98
Figure 29: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisés avec le mélange 2 sur la souche B. subtilis... 100
Figure 30: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisés avec le mélange 2 sur la souche S. aureus. ... 100
Figure 31: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisés avec le mélange 2 sur la souche E. coli. ... 100 Figure 32: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisés avec le mélange 2 sur la souche P. aeruginosa. ... 101 Figure 33 : Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange 2 correspondant à la souche B. subtilis ... 101 Figure 34: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange 2, correspondant à la souche S. aureus ... 102 Figure 35: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange 2, correspondant à la souche E. coli ... 103 Figure 36: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange 2, correspondant à la souche P. aeruginosa ... 103 Figure 37 : Représentation en 2D et 3D des variations de la CMI par le mélange ... 108 Figure 38: Profileur du mélange 2 pour la réponse CMI=0,25 pour la souche B. subtilis ... 110 Figure 39: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 2 vis-à-vis B. subtilis ... 110 Figure 40: Profileur de mélange 2 pour la réponse CMI=0,25 de S. aureus ... 111 Figure 41: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 2 vis-à-vis S. aureus ... 111 Figure 42: Profileur de mélange 2pour la réponse CMI=0,25 de E. coli ... 112 Figure 43: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 2 vis-à-vis E. coli ... 113 Figure 44: Profileur de mélange 2pour la réponse CMI=0,25 de P. aeruginosa... 113 Figure 45: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 2 vis-à-vis P. aeruginosa ... 114 Figure 46: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisé avec le mélange 3 sur la souche B. subtilis. ... 114 Figure 47: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisé avec le mélange 3 sur la souche S. aureus ... 115 Figure 48: Image qui montre les résultats du test de détermination de la CMI des dix formulations et le point test réalisé avec le mélange 3 sur la souche E. coli. ... 116 Figure 49: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange3 correspondant à la souche B. subtilis ... 116 Figure 50: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange3 correspondant à la souche S. aureus ... 117 Figure 51: Courbe des valeurs observées en fonction des valeurs prévues pour le plan de mélange3 correspondant à la souche E. coli ... 118 Figure 52: Représentation en 2D et 3D des variations de la CMI par le mélange 3 ... 121 Figure 53: Profileur de mélange 3 pour la réponse CMI=0,1% de la souche B. subtilis ... 123 Figure 54: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 3 vis-à-vis B. subtilis ... 123 Figure 55: Profileur de mélange 3 pour la réponse CMI=0,1% de la souche S. aureus ... 124 Figure 56: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antibactérienne du mélange 3 vis-à-vis S. aureus ... 124 Figure 57: Profileur de mélange 3 pour la réponse CMI=0,1% de la souche E. coli ... 125
mélange 3 vis-à-vis E. coli ... 125
Figure 59: Courbe des valeurs d'activité antioxydante observées en fonction des valeurs calculées pour le plan de mélange 1 ... 134
Figure 60 : Représentation 3D de l'activité antioxydante du mélange 1 ... 136
Figure 61: Profileur du mélange 1 pour AA=78% ... 137
Figure 62: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antioxydante du mélange 1 ... 137
Figure 63: Courbe des valeurs d'activité antioxydante observées en fonction des valeurs calculées pour le plan de mélange 2 ... 139
Figure 64: Représentation 3D de l'activité antioxydante du mélange 2 ... 140
Figure 65: Profileur de mélange 2 pour AA=78% ... 141
Figure 66: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antioxydante du mélange 2 ... 142
Figure 67: Courbe des valeurs d'activité antioxydante observées en fonction des valeurs calculées pour le plan de mélange 3 ... 143
Figure 68: Représentation 3D de l'activité antioxydante du mélange 3 ... 145
Figure 69: Profileur de mélange 3 pour AA=70% ... 146
Figure 70: Profil de désirabilité des proportions optimales relatives à l'activité antioxydante du mélange 3 ... 146
Figure 71: Chromatogramme de l'HE d'O. compactum ... 179
Figure 72: Chromatogramme de l'HE d'O. majorana ... 180
Figure 73: Chromatogramme de l'HE de T. serpyllum ... 181
Figure 74: Chromatogramme de l'HE de L. dentata ... 182
Figure 75: Chromatogramme de l'HE de M. spicata ... 183
Figure 76: Chromatogramme de l'HE de M. communis ... 184
Figure 77: Chromatogramme de l'HE d'A. herba-alba... 185
Figure 78: Chromatogramme de l’HE d'O. mixta ... 186
Figure 79: Chromatogramme de l'HE de P. asperum ... 187
Figure 80: Chromatogramme de l'HE de C. aurantium feuilles ... 188
Figure 81: Chromatogramme de l'HE de C. aurantium Zest ... 189
Figure 82: Structures des composés majoritaires des HEs étudiées ... 190
Liste des abréviations
βij : Coefficient des termes du modèle AA : Absorbance antioxydante
ADN : Acide désoxyribonucléique ANOVA : Analyse de la variance
b : Vecteur de tous les coefficients du modèle
𝑏̂ : Vecteur de tous les coefficients déterminés avec l’hypothèse des moindres carrés BHA : Butylhydroxyanisol hydroxyanisol butylé
BHT : Butylhydroxyanisol hydroxytoluène butylé CIF : Concentration inhibitrice fractionnaire CMB : Concentration minimale bactéricide CMI : Concentration minimale inhibitrice ddl : Nombre de degrés de liberté
DEV : Distillation par entrainement à la vapeur DIC: Instantaneous Controlled Pressure Drop DPPH: 2,2-diphényl-1-picryl-hydrazyl DTD: désorption thermique directe FRAP: ferric reducing ability of plasma
GC/MS : chromatographie gazeuse/ spectrométrie de masse HE : huile essentielle
MDA : Malondialdéhyde
PAM : Plantes aromatiques et médicinales
p-value : Probabilité de significativité r : Résidu
RLM : Régression linéaire multiple SCE : Sommes des carrés des écarts
SCM : somme des carrés due à la moyenne SCRC : somme des carrés des réponses calculées
SCRCm : Somme des carrés des réponses calculées corrigée de la moyenne SCRM : Somme des carrés des réponses mesurées
SCRMm : Somme des carrés des réponses mesurées corrigée à la moyenne TRAP : Total peroxyl radical-trapping antioxidant parameter
UFC : Unité formant colonie Xi : Facteur
Y : Réponse
𝑌̂ : Réponse estimée par le modèle
LISTE DES TABLEAUX ... I
LISTE DES FIGURES ... IV
LISTE DES ABREVIATIONS ... VII
INTRODUCTION GENERALE ... 1
PARTIE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ... 5
I. GENERALITES SUR LES HUILES ESSENTIELLES ... 5
1. DEFINITION : ... 5
2. TAXONOMIE DES PLANTES PRODUISANT LES HUILES ESSENTIELLES ... 5
3. LOCALISATIONS DES HE ... 5
4. COMPOSITION CHIMIQUE ET BIOSYNTHESE DES HE ... 6
4.1. Classification ... 6
4.2. Biosynthèse d’isoprène ... 6
4.2.1. La voie du mévalonate ... 6
4.2.2. La voie du MEP ... 7
4.3. Biosynthèse de terpénoïdes ... 8
II. PARAMETRES INFLUENÇANT LE PROFIL CHIMIQUE DES HE DES PLANTES AROMATIQUES ... 9
III. TOXICITE DES HUILES ESSENTIELLES ... 10
IV. PROCEDES D’EXTRACTION DES HE ... 11
1. METHODES CONVENTIONNELLES : ... 11
1.1. Extraction par entrainement à la vapeur ... 11
1.2. Expression à froid : ... 12
2. Autres méthodes innovantes ... 12
2.1. La technique de désorption thermique directe : ... 12
2.2. Extraction par sonication ... 12
2.3. Extraction assistée par micro-onde ... 12
2.4. Extraction assistée par champ électrique pulsé ... 12
2.5. Extraction par pression instantanée contrôlée ... 13
2.6. Extraction par fluide supercritique (ESF) ... 13
2.7. Distillation destructive ... 13
3. Etude comparative des méthodes d’extraction des HE ... 13
V. POUVOIR ANTIBACTERIEN DES HES... 14
1. L’activité antibactérienne des HEs et leurs composés ... 14
2. Techniques d’étude du pouvoir antibactérien des HEs ... 16
2.1. Méthodes de diffusion ... 16
2.2. Méthodes de dilution ... 17
2.3. Effet antibactérien combinatoire des HE ... 18
2.4. Interactions entre les HE et entre leurs composés ... 18
VI. POUVOIR ANTIOXYDANT DES HES ... 23
1. Effet oxydant/antioxydant ... 23
2. Activité antioxydante des HE et leurs composes ... 24
3. Méthodes d’évaluation d’activité antioxydante ... 25
3.1. Mesure des radicaux libres ... 25
3.2. β-carotène ... 25
3.3. Test de FRAP ... 25
3.4. Dosage des substances réactives à l'acide thiobarbiturique... 25
3.5. Mesure d'hexanal et des produits finis liés ... 26
3.6. TRAP (total peroxyl radical-trapping antioxidant parameter) ... 26
3.7. Le test de stabilité accélérée ... 26
3.8. Dosage de Phycoerythyrin ... 26
VII. PLANS D’EXPERIENCE ... 26
1. INTRODUCTION ... 26
2. NOTIONS ET TERMINOLOGIE ... 27
2.1. Expérience ... 27
2.2. Facteurs et réponses ... 27
2.3. Domaine de variation d’un facteur et Espace expérimentale ... 28
2.4. Domaine expérimental réel ou domaine d’étude ... 28
2.5. Domaine continu ... 28
2.6. Domaine discret ... 29
2.7. Interaction ... 29
2.8. Degrés de liberté d’un model ... 29
2.9. Résidus ... 30
2.10. Fonction de désirabilité ... 30
2.11. Notion de modélisation mathématique ... 30
2.12. Plan de mélange ... 31
2.12.1. Contrainte fondamentale des mélanges ... 31
2.12.2. Représentation géométrique des mélanges ... 31
2.12.2.1. Mélange à deux ... 31
2.12.2.2. Mélange à trois ... 32
2.12.2.3. Modèles mathématiques des mélanges ... 33
2.12.2.4. Analyse globale des résultats ... 34
VIII. LES PLANTES ETUDIEES : ... 37
1. ORIGANUM MAJORANA :... 37
2. ORIGANUM COMPACTUM ... 38
3. THYMUS SERPYLLUM ... 38
4. MENTHA SPICATA ... 38
5. MYRTUS COMMUNIS ... 38
6. ARTEMISIA HERBA-ALBA ... 38
7. CITRUS AURANTIUM ... 39
8. LAVENDULA DENTATA ... 39
9. PELARGONIUM ASPERUM ... 39
PARTIE II : CONTRIBUTION A LA VALORISATION DES PLANTES MEDICINALES ET AROMATIQUES
MAROCAINES ... 40
CHAPITRE I : EXTRACTION DES HUILES ESSENTIELLES, RENDEMENTS, ET COMPOSITIONS CHIMIQUES ... 41
I- INTRODUCTION... 41
II- MATERIEL ET METHODES : ... 41
1. Matériel végétale ... 41
2. Extraction des huiles essentielles et calcul des rendements ... 42
3. Détermination de la composition chimique : Chromatographie en phase gazeuse/ spectrométrie de masse ... 42
III- RESULTATS ET DISCUSSION :RENDEMENT ET COMPOSITIONS CHIMIQUES DES HUILES ESSENTIELLES ... 43
1. Origanum compactum ... 43
2. Origanum majorana ... 44
3. Thymus serpyllum ... 46
4. Lavandula dentata... 48
5. Artemisia herba-alba ... 50
6. Myrtus communis ... 51
7. Mentha spicata ... 53
8. Pelargonium asperum ... 55
9. Ormenis mixta ... 57
10. Citrus aurantium (Feuilles) ... 59
11. Citrus aurantium Zest ... 61
IV-CONCLUSION ... 61
CHAPITRE II : ACTIVITE ANTIBACTERIENNE : CRIBLAGE, DETERMINATION DE LA CMI ET DE LA CMB ... 62
I. INTRODUCTION ... 62
II. MATERIEL ET METHODES : ... 62
1. SOUCHES MICROBIENNES CIBLES ... 62
2. CONSERVATION DES SOUCHES ... 63
3. MILIEUX DE CULTURE ... 63
4. PREPARATION DES BACTERIES (CULTURE FRAICHE) ... 63
5. PREPARATION DE LA SOLUTION BASO4(0,5MCFARLAND). ... 63
6. PREPARATION D’INOCULUM ... 63
7. DIFFUSION SUR DISQUE D’AGAR... 64
8. CONCENTRATION MINIMALE INHIBITRICE ... 64
9. CONCENTRATION MINIMALE BACTERICIDE ... 65
III. RESULTATS ET DISCUSSION : ... 65
1. DIFFUSION SUR DISQUE D’AGAR -CRIBLAGE ANTIBACTERIEN ... 65
2. CONCENTRATION MINIMALE INHIBITRICE ... 67
3. CONCENTRATION MINIMALE BACTERICIDE ... 69
CHAPITRE III : ACTIVITE ANTIBACTERIENNE : MELANGE BINAIRE ... 72
I. INTRODUCTION ... 72
II. MATERIEL ET METHODES : ... 72
1. METHODE DE DAMIER (CHACKERBOARD)... 72
2. COMBINAISONS BINAIRES ... 73
III. RESULTATS ET DISCUSSION : ... 74
1. Mélange binaire 1 : Origanum majorana/Thymus serpyllum ... 74
2. Mélange binaire 2 : Origanum majorana/ Lavandula dentata ... 76
3. Mélange binaire 3 : Pelargonium asperum/Ormenis mixta ... 78
4. Mélange binaire 4 : Citrus aurantium Feuilles/Citrus aurantium Zest ... 79
5. Discussion générale des mélanges binaires : ... 79
IV. CONCLUSION : ... 81
CHAPITRE IV : ACTIVITE ANTIBACTERIENNE : MELANGE TERNAIRE (PLAN DE MELANGE) ... 83
I. INTRODUCTION ... 83
II. MATERIEL ET METHODES : ... 83
1. ETABLISSEMENT DES EXPERIENCES ... 83
2. PREPARATION DES MELANGES : ... 85
3. LES CMI DES MELANGES ... 85
4. ETUDES STATISTIQUES ... 85
III. RESULTATS ET DISCUSSION : ... 86
1. MELANGE 1:ORIGANUM COMPACTUM/ORIGANUM MAJORANA/THYMUS SERPYLLUM... 86
1.1. Réponses ... 86
1.2. Validation statistique du modèle postulé ... 87
1.2.1. Bacillus subtilis ... 87
1.2.2. Staphylococcus aureus ... 88
1.2.3. Escherichia coli ... 89
1.3. Etude statistique des résidus ... 90
1.4. Estimations des coefficients ... 91
1.4.1. Bacillus subtilis ... 91
1.4.2. Staphylococcus aureus ... 91
1.4.3. Escherichia coli ... 91
1.5. Modèles mathématiques retenus et représentation 3D ... 92
1.6. Point-Test ... 94
1.7. Optimisation de la formulation et étude de désirabilité ... 94
1.7.1. Bacillus subtilis ... 94
1.7.2. Staphylococcus aureus ... 95
1.7.3. Escherichia coli ... 97
1.8. Optimisation de formulation multiple ... 98
2. Mélange 2: Origanum majorana/Thymus serpyllum/Mentha spicata ... 99
2.1. Réponses ... 99
2.2. Validation statistique du modèle postulé ... 101
2.2.1. Bacillus subtilis ... 101
2.2.2. Staphylococcus aureus ... 102
2.2.3. Escherichia coli ... 102
2.2.4. Pseudomonas aeruginosa ... 103
2.3. Etude statistique des résidus ... 104
2.4. Estimations des coefficients ... 104
2.4.1. Bacillus subtilis ... 104
2.4.2. Staphylococcus aureus ... 105
2.4.3. Escherichia coli ... 105
2.4.4. Pseudomonas aeruginosa ... 106
2.5. Modèles mathématiques retenus et représentation 3D ... 106
2.6. Point-Test ... 109
2.7. Optimisation de la formulation ... 109
2.7.1. Bacillus subtilis ... 109
2.7.2. Staphylococcus aureus ... 110
2.7.3. Escherichia coli ... 112
2.7.4. Pseudomonas aeruginosa ... 113
2.8. Optimisation multiple ... 114
3. Mélange 3 : Myrtus communis/Artemisia herba-alba / Thymus serpyllum ... 114
3.1. Réponses ... 114
3.2. Validation statistique du modèle postulé ... 116
3.2.1. Bacillus subtilis ... 116
3.2.2. Staphylococcus aureus ... 117
3.2.3. Escherichia coli ... 117
3.3. Etude statistique des résidus ... 118
3.4. Estimations des coefficients ... 118
3.5. Modèles mathématiques retenus et représentation 3D ... 120
3.6. Point-Test ... 122
3.7. Optimisation de la formulation ... 122
3.7.1. Bacillus subtilis ... 122
3.7.2. Staphylococcus aureus ... 124
3.7.3. Escherichia coli ... 125
3.8. Optimisation de formulation multiple ... 126
4. DISCUSSION DES MELANGES TERNAIRES : ACTIVITE ANTIBACTERIENNE ... 126
IV-CONCLUSION ... 129
CHAPITRE V : ACTIVITE ANTIOXYDANTE ... 130
I. INTRODUCTION ... 130
II. MATERIEL ET METHODES : ... 130
1. CRIBLAGE :DPPH ... 130
2. MELANGE TERNAIRE :DPPH ... 131
III. RESULTATS ET DISCUSSION : ... 131
2. Mélange ternaire ... 133
2.1. Mélange1 : Origanum compactum/Origanum majorana/Thymus serpyllum ... 133
2.1.1. Réponses expérimentales ... 133
2.1.2. Validation statistique... 134
2.1.3. Etude des résidus ... 134
2.1.4. Estimation des coefficients ... 135
2.1.5. Modèle mathématique et représentation 3D ... 136
2.1.6. Point-Test ... 136
2.1.7. Optimisation de la formulation et étude de désirabilité... 136
2.2. Mélange 2 : Origanum majorana/Thymus serpyllum/ Mentha spicata ... 138
2.2.1. Réponses ... 138
2.2.2. Validation statistique... 138
2.2.3. Etude des résidus ... 139
2.2.4. Estimation des coefficients ... 139
2.2.5. Modèle mathématique et représentation 3D ... 140
2.2.6. Point-test ... 141
2.2.7. Optimisation de la formulation et étude de désirabilité... 141
2.3. Mélange 3 : Myrtus communis/ Artemisia herba-alba/ Thymus serpyllum ... 142
2.3.1. Réponses ... 142
2.3.2. Validation statistique... 143
2.3.3. Etude des résidus ... 143
2.3.4. Estimation des coefficient ... 144
2.3.5. Modèle mathématique retenus et représentation 3D ... 145
2.3.6. Point-test ... 145
2.3.7. Optimisation de la formulation et étude de désirabilité... 146
2.4. Discussion des mélanges ternaires : activité antioxydante ... 147
IV. CONCLUSION ... 148
CONCLUSION GENERALE ... 149
REFERENCES ... 151
ANNEXES... 179
Introduction générale
L’utilisation des huiles essentielles HEs a évolué à travers les époques entre l’exploitation à l’état brut des plantes, l’extraction comme substances odorantes (macération, infusion)…, jusqu’à l’identification de leurs compositions, leurs effets biologiques, chimiques, et biochimiques.
Les applications des HE dans la thérapie pendant la révolution industrielle ont pris une autre dimension, en constituant une ère d’or pour les PAM. Notamment, l’étude des propriétés antimicrobiennes des HE qui fût repris par Chamberland en1887 et suivi par le terme
« aromathérapie » établi en 1928 par René-Maurice Gattefossé. Ce dernier a publié en 1931 son 1er ouvrage décrivant les relations structure/activités des composants aromatiques et a codifié les grandes propriétés des arômes naturels : antitoxique, antiseptique, calmante, stimulante, tonifiante. Ainsi, l’intégration du terme chémotype par P. Franchomme vers les années 70, a permis d’approfondir les travaux scientifiques et de mieux concevoir les différents effets des HE [1].
Actuellement, le nombre d'articles publiés sur l'activité antimicrobienne des plantes médicinales dans la base scientifique PubMed de 1996 à 2017, dépasse les 3515 articles, dont 2455 concernent particulièrement l’activité antimicrobienne des HE. Outre cet intérêt scientifique que suscitent les HEs , elles présentent également un énorme intérêt économique sur le marché mondiale où les échanges dépassent les 1000 M $[2]. Les pays en voie développement sont les premiers fournisseurs.
Sur le plan international, le marché est réparti entre les pays soutenus par un marché intérieur important, par une main d’œuvre à faible cout, et par une base de recherche développée, tel que l’inde la chine et l’Indonésie, et ceux industrialisés assurant le tiers de la production mondiale des HE, soutenus par la maîtrise de la technologie et le développement et la recherche, par l’agriculture intensive, et par les organisations professionnelles. Le Maroc est considéré comme un pays disposant d’une biomasse abondante, ainsi qu’une main d’œuvre à faible coût ; Cependant, le niveau technologique scientifique et même réglementaire demeure insuffisant pour le développement du secteur [3]. L’USAID, estime la valeur des exportations marocaines en HEs à 56 millions de Dhs en 2000 à 112,4 millions Dhs en 2003. Dans ces chiffres, les PAM exportées sous forme de feuilles séchées ne considère que 5% pour utilisations thérapeutiques,
et aux industries similaires.
La création de l’Institut national des plantes médicinales et aromatiques de Taounate, faisais partie de la politique adoptée par le Maroc pour la bonne gestion, exploitation et valorisation des PAM. L’institut avait plusieurs missions pour contribuer au développement de ce domaine, à l’augmentation de la production des PAM et ses sous-produits, et à la sauvegarde de la biodiversité végétale, ainsi que le contrôle de la qualité des produits[4].
Au Maroc de nombreuses plantes aromatiques et médicinales (PAM)s sont utilisées traditionnellement dans plusieurs domaines médicaux, pharmacologiques, cosmétologiques,…etc.
Compte tenu de cette richesse, la consécration d’une étude scientifique guidera l’application des PAM de manière rationnelle dans différents domaines. Particulièrement, les HE reconnues par leurs effets biologiques : antibactériens, antifongiques et antioxydants, et qui ont pu être largement utilisés en médecine et dans l'industrie alimentaire en tant que bio-agents versus les composés synthétiques, qui font face aux problèmes de résistance microbienne et de toxicité des antioxydants commerciaux. En effet, les HE et leurs composants présentent des activités prometteuses : contre de nombreux agents pathogènes d'origine alimentaire et les micro- organismes d'altération lors des tests in vitro, ainsi que contre les radicaux libres qui traduit son activité antioxydante. Cependant, dans les systèmes d'alimentation, des concentrations plus élevées des HE sont nécessaires pour exercer un effet antibactérien similaire à ceux obtenus dans les essais in vitro. Dans le souci de d’optimisation de leurs pouvoir antimicrobien et antioxydant, et pour éviter tout risque de toxicité du à la dose, l'utilisation de combinaisons devient donc une bonne approche.
En général, plusieurs méthodes sont mises au point pour évaluer l’effet antimicrobien combinatoire des HE. Cependant aucune d’elles n’est standardisée pour ce test.
Les plans de mélanges utilisés généralement pour la formulation, sont comme tous plans d’expériences, visent à limiter le nombre d’expériences réalisées, dont les résultats attendus peuvent être modélisés mathématiquement et graphiquement. Par conséquent, ils permettent de donner une vision générale sur le résultat de tout mélange possible en se basant sur des statistiques qui visent à minimiser l’erreur totale pour valider le model étudié. C’est une technique qui peut être largement appliquée dans la formulation des HE, tout en adoptant une méthode déjà standardisée comme la détermination de la concentration minimale inhibitrice (CMI) de chaque formulation, et apprécier par la suite leurs interactions produites.
De tout ce qui précède, nous présentons ce travail mené dans le cadre d’une thèse de doctorat réalisée au sein du laboratoire de l’Institut National des Plantes Médicinales et Aromatiques.
Neuf plantes aromatiques ont été choisies : l’Origanum compactum, l’Origanum majorana, le Pelargonium asperum, l’Ormenis mixta, le Citrus aurantium, le Myrtus communis, l’Artemesia herba-alba, la Mentha spicata, et le thymus serpyllum, dont l’optimisation de leurs propriétés médicinales ne fera qu’exhausser leur valeur économique.
Le travail effectué dans ce sens, sera détaillé dans le manuscrit présent. Quatre axes vont faire le socle de ce projet d’étude :
Le 1er axe détaille, dans une revue bibliographique, les différentes connaissances liées aux HE, de l’eccéité, la biosynthèse, la toxicité…jusqu’aux différentes méthodes d’extraction. Ainsi, un récapitulatif sur les HE et leurs composés concernant les propriétés antimicrobiennes et antioxydantes, et les différentes interactions des effets combinatoires seront décrites. Outre les différentes méthodes d’évaluations des effets étudiés, et finalement un rappel théorique des notions de base des plans d’expérience et des outils statistiques utilisés.
Le 2èm axe décrit l’étude établie à l’aide de la chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse pour déterminer la composition chimique de chaque HE.
Le 3èm axe englobe la réalisation d’un criblage de l’activité antibactérienne et la détermination de la CMI et la CMB.
Le 4èm axe donnera une vue d'ensemble sur l'efficacité antibactérienne des combinaisons en se basant sur la composition chimique de chaque HE, et en tirant parti de leurs effets additifs et synergiques. Cet axe s’est réparti en deux parties :
Formulation binaire, établie à l’aide de la méthode de damier
Formulation ternaire, établie à l’aide des plans d’expériences (plan de mélange)
Le 5èm axe détaillera le criblage antioxydant ainsi que l’évaluation de l’activité antioxydante des combinaisons antibactériennes déjà réalisées, dans le but de choisir la composition adéquate pour un conservateur alimentaire ou pharmaceutique.
Partie I : Revue bibliographique
I. Généralités sur les huiles essentielles 1. Définition :
Plusieurs organismes et associations chargés de la normalisation à travers le monde s’intéressent à définir l’eccéité des HEs. En effet, la définition établit par l’AFNOR en 1998 est révisée par ISO 9235 en 2013 est : « l’HE est le produit obtenu à partir d’une matière première d’origine végétale, soit par entraînement à la vapeur, soit par des procédés mécaniques à partir de l’épicarpe des Citrus, soit par distillation «sèche». L’HE est ensuite séparée de la phase aqueuse par des procédés physiques » [5]
2. Taxonomie des plantes produisant les huiles essentielles
L’analyse de la flore vasculaire du Maroc basée sur un inventaire récent, faisant état de 155 familles, 981 genres, 3913 espèces, 426 sous-espèces types (autonymes) et 872 sous-espèces additionnelles[6] Les plantes produisant les HE, appartiennent à environ 60 familles, les bien connues sont les Apiaceae comme Petroselinum crispum et Coriandrum sativum ; les Asteraceae comme Ormenis mixta et Leucanthemum vulgare ; les Lamiaceae comme origanum compactum et thymus vulgaris ; les Myrtaceae Myrtus communis et Eucalyptus. Globulus ; et les Rutaceae englobant les différents citrus [7]. Les rendements en HEs sont très variables d'une espèce à l'autre. Ainsi, ils s’influencent selon la région et la période de récolte, comme par les méthodes et les durées d’extraction.
3. Localisations des HE
Les HEs sont largement répandues dans le règne végétale, diffèrent en teneur d’une famille à une autre [8] [9], en localisation au niveau de l’organe [10] [11], comme au niveau du tissu sécréteur. En effet, les HEs sont synthétisées, accumulées et stockées dans des structures histologiques bien déterminées. On peut les distinguer comme Asbahani et son equipe [12]. Des tissus de sécrétion externes localisées à l’extérieur de la plante comme les papilles épidermiques observées sur les pétales de Rosa rugosa [13], les trichomes glandulaires observés chez les feuilles de Mentha pepirita [14]et les trichomes non-glandulaires observés chez stachys ;lavandulifolia [15], [16]. Et des tissus de sécrétions internes situés à l’intérieur de la plante comme les canaux sécréteurs observés chez les feuilles de pinus pinaster, les poches
schizogénes observées sur les feuilles de Melaleuca alternifolia et d'eucalyptus globulus [1], et les cellules sécrétrices intracellulaires observées chez Laurus nobilis [12].
4. Composition chimique et biosynthèse des HE 4.1. Classification
Les HEs sont des mélanges complexes et variables de constituants, dont les plus abondants sont les terpènes et les terpénoïdes, et les autres composés aromatiques et aliphatiques [17].
Les terpènes forment structurellement et fonctionnellement différentes classes. Ils sont fabriqués à partir de combinaisons de plusieurs unités à base de 5 carbones (C5) appelées isoprène. De ce fait, une classification rationnelle, établie suivant le nombre d'unités isopréniques qu’ils contiennent est faisable. Ainsi on distingue les hémiterpènes (C5), les monoterpènes (C10), les sesquiterpènes (C15), les diterpènes (C20), les sesterpènes (C25), les triterpènes (C30), les caroténoïdes (C40) et les polyisoprènes (Cn)[18].
4.2. Biosynthèse d’isoprène
L’origine biosynthétique de l’isoprène s’est affirmé par plusieurs auteurs. En effet, deux voies de biosynthèse conduisent aux unités isoprèniques : voie de mévalonate, ou voie de MEP methylerythritol phosphate (2-C-méthyl-D-érythritol 4- phosphate).
4.2.1. La voie du mévalonate
La première étape de la voie du mévalonate commence par la condensation de trois unités d’acétyle-CoA en 3-hydroxylmethyl-glutaryl-CoA (HMG-CoA), sous l’effet de deux enzymes : l’acétoacétyl-CoA thiolase (ACTT) et le HMG-CoA réductase, sous l’effet du HMG-CoA réductase le HMG-CoA est réduit en mévalonate, ce dernier subi une phosphorylation sous l’action du mévalonate Kinase, pour produire le mévalonate 5-phosphate qui subira une deuxième phosphorylation produisant le mévalonate 5-diphosphate, qui, par une décarboxylation assuré par diphosphomévalonate décarboxylase, conduit à la formation de l’isopentényl diphosphate (IPP), produisant sous effet de IPP isomérase son isomère le diméthylallyle diphosphate (DMAPP).
Figure 1 : Biosynthèse d’isoprène : La voie du mévalonate
4.2.2. La voie du MEP
Par une réaction de transcétolase, le glucose produit deux métabolites appelés le glycéraldéhyde 3-phosphate et le pyruvate qui se condensent pour donner le 1-désoxy-D-xylulose 5-phosphate (DXP), sous l’effet du DXP synthase et la thiamine diphosphate. Une série de métabolites intermédiaires se forme pour aboutir à l’IPP et au DMAPP, le 4-(cytidine 5’-diphospho)-2-C- méthyl-D-érythriol, le 2-phospho-4-(cytidine 5’-diphospho)-2- méthyl-D-érythriol, le 2-C- méthyl-D-érythriol 2,4 cyclophosphate, et le (E)-4-hydroxy-3-méthylbut-2-ényl.
Figure 2 Biosynthèse d'isoprène : La voie du MEP 4.3. Biosynthèse de terpénoïdes
Des chaines hydrocarbonées obtenues par juxtaposition "tête à queue" des unités isopréniques IPP et de son isomère DMAPP, ou par juxtaposition "tête-à-tête" de deux DMAPP donnent naissance respectivement, aux terpènes réguliers et aux terpènes irréguliers [1]. Ces chaînes peuvent ; par la suite ; perdre, ou acquérir des liaisons éthyléniques par hydrogénation ou déshydrogénation, comme ils peuvent subir une déphosphorylation, une oxygénation… pour aboutir aux formes connues des différents terpènes Figure (3).
Figure 3 : Biosynthèse générale des terpénoïdes[1]
II. Paramètres Influençant le profil chimique des HE des plantes aromatiques
La composition chimique d’une HE se défini selon le profil obtenu du couplage de la chromatographie gazeuse avec la spectrométrie de masse (GC-MS), il est courant d'identifier plusieurs dizaines ou même des centaines de composants dans la même HE. Néanmoins, certaines HE ne contiennent que peu de composés qui déterminent leurs propriétés aromatiques, même si leurs contenus sont faibles. La composition chimique de chaque HE peut être influencée par la variabilité de plusieurs facteurs intrinsèques :Origine botanique [19], organe
extrait [10] , cycle végétal [20], et d’autres facteurs extrinsèques : facteurs écologiques [21], extraction[22], stockage et conditionnement [23].
III. Toxicité des huiles essentielles
La qualification d’un produit de toxique n’est pas toujours évidente, mais tout produit à effet négatif est défini par l’agence de protection d’environnement comme «tout changement biochimique, physiologique, anatomique, pathologique, et / ou un changement de comportement qui se traduit par une déficience fonctionnelle qui peut affecter la performance de l'ensemble de l'organisme ou de réduire la capacité de l'organisme à réagir à un défi supplémentaire ».
Toutefois, la toxicité est une propriété à double tranchant, dont l’aspect négatif est généralement connu et représenté chez les HE par la dermotoxicité (irritation, allergies brulures), la toxicité orale induisant l’hépatotoxicité, la néphrotoxicité, et la neurotoxicité, et la toxicité par inhalation menant souvent a une toxicité pulmonaire [2]. Cependant, l’aspect positif est surtout reflété dans l’effet pesticide des HE : bactéricide, fongicide, insecticide…
Plusieurs mécanismes ont été développés pour décrire la toxicité des HE : cytotoxicité due à la nature lipophile des HE qui, chez les eucaryotes, provoque la dépolarisation de la membrane mitochondriale, affecte le cycle ionique du Ca+, ainsi que d'autres canaux ioniques et réduit le gradient de pH [17]. Et chez les bactéries, perturbe et perméabilise la membrane cytoplasmique, ce qui engendre la perte d'ions et la réduction du potentiel de la membrane, l'effondrement de la pompe à protons, appauvrissement en ATP, et fuite des macromolécules[24] [25].
Spécialement les phénols, qui ont montré qu’à petites doses, peuvent affecter les enzymes associés à la production des énergies, et à haute doses, peuvent dénaturer les protéines. Ils peuvent également interférer avec la fonction de la membrane et interagir avec les protéines membranaires, ce qui provoque une déformation de la structure et de la fonctionnalité [26].
Les réactions de toxicité sont généralement dose-dépendantes, des doses qui diffèrent suivant la voie d’application [27], [28], et qui engendrent des intoxications graves juste à la suite d'ingestion orale d'une quantité de huile beaucoup plus élevées que la dose thérapeutique [31].
La composition chimique complexe des HE rend difficile l’analyse de leur toxicité, pour cela, plusieurs études ont concédé de lier cet effet à l’abondance des composés démontrés toxiques.
Généralement, les composés majoritaire des HE, surtout celles riches en phénols (carvacrol, thymol) ; aldéhydes (cinnamaldéhyde), et terpenes oxygénés (cétones, éthers…), sont qualifiés responsables de l’effet bactériostatique ou bactéricide [17], [29], [30]. Cette toxicité vis-à-vis les bactéries est amplement recherchées, ainsi, beaucoup de chercheurs essaient de l’amplifiée par mélange, surtout que les terpenes sont avérés capables d’accroitre l'effet antibactérien de certaines molécules pures comme des antibiotiques[31], ou des extraits de plantes[32], et même celui des autres huiles [33].
Chez l’homme, l’ingestion des terpenes comme le limonène entraine la diarrhée et la protéinurie ; et des troubles digestifs et des irritation de la peau et des muqueuses oculaires une fois exposé à la vapeur [34]. Autres plantes riches en 1,8 cineole, pulégone, camphre, développent les convulsions chez l’homme[35]. Ainsi la richesse de l’absinthe, et le Plectranthe en sabinyle acétate induit la foetotoxicité [28], [36]. Cependant, la combinaison de l’acétate de linalyle, le terpineol et le camphre de la sauge libanaise (S. fruticosa) a provoqué une inhibition synergique de la croissance de deux lignées de cellules du cancer du côlon humain, alors que, individuellement, ils sont dépourvu de cet effet [37]. Comme parfois un composé peu avoir un effet antagoniste comme l’eugénol et le D-limonène qui inhibe l’effet du cinnamaldéhyde causant l’urticaire [38]
IV. Procèdes d’extraction des HE 1. Méthodes conventionnelles :
Les méthodes adoptées pour l’extraction des HE sont liées à plusieurs facteurs : le solvant utilisé pour l’extraction (Eau, solvant organique…) ; la phase du solvant (liquide, gaz, supercritique)
; état de la plante à extraire (broyée, entière…) ; l’énergie transmise pendant l’extraction (chaleur, onde…), on en cite :
1.1. Extraction par entrainement à la vapeur
Distillation par entrainement à la vapeur : La matière végétale doit être soumise à un entrainement de la vapeur d’eau du bas en haut, sans être macérée dans l’eau [39] [40].
Hydro-distillation : La matière végétale est émergée dans l’eau, HE est entrainé avec la vapeur d’eau après ébullition.
Hydro-diffusion : La matière végétale doit être soumise à un entrainement de la vapeur d’eau du haut en bas, sans être macérée dans l’eau [5].
Turbo-distillation : La matière végétale subit une agitation considérable avec cisaillement et effet destructeur, en réduisant l’énergie, la consommation d’eau pendant l’ébullition et le refroidissement utilisé en hydro-distillation. Permet d’extraire aussi les HE des épices et du bois difficile à extraire
Extraction à distillation simultanée (Simultaneous distillation extraction) : l’hydrodistillation ou distillation à vapeur est combinée avec l’extraction au solvant qui est fréquemment utilisé pour l'isolement de composés volatils à partir de plantes portant HE.
Le solvant utilisé doit être insoluble dans l'eau et d'une grande pureté[5] [41].
1.2. Expression à froid :
Ce procédé mécanique est basé sur la machine en serrant les péricarpes d'agrumes à la température ambiante[42].
2. Autres méthodes innovantes
2.1. La technique de désorption thermique directe :
Une méthode très utilisée pour l’extraction des composés volatiles qui ne sont pas rapportés par extraction liquide-liquide. Le système DTD permet l’analyse des molécules prélevées sur des tubes adsorbants constitués souvent de polymères organiques, dont le plus thermiquement stable est le TENAX[43].
2.2. Extraction par sonication
Les cellules du matériel végétal sont éclatées par des ultra-sons, c’est une extraction qui vise l’optimisation du rendement avec réduction d’énergie et de temps, les HE obtenues montrent la moindre dégradation thermique avec haute qualité et bonne saveur[44]
2.3. Extraction assistée par micro-onde
Micro-ondes est une source de chaleur sans contact qui peut réaliser un chauffage plus efficace et plus sélective, avec eau solvant ou sèche, la distillation peut être terminé en quelques minutes au lieu de quelques heures [45].
2.4. Extraction assistée par champ électrique pulsé
Appellée aussi “Pulsed electric field assisted extraction”. Cette technique utilise des impulsions courtes à haute tension afin de créer une électro-compression, ce qui éventre et perfore les
cellules végétales. La chambre de traitement est constituée d'au moins deux électrodes avec une région isolante entre les deux[5].
2.5. Extraction par pression instantanée contrôlée
Le processus DIC est une technique d'extraction-séparation directe. Il permet aux composés volatils d’être éliminés par évaporation pendant une courte période à haute température haute pression, ce qui assure une économie d’énergie, de temps, et une haute qualité[46].
2.6. Extraction par fluide supercritique (ESF)
Plusieurs gaz en phase supercritique comme le dioxyde de carbone (Tc= 31 °C , Pc= 74 bars) ; l’eau(Tc = 374 °C, Pc = 227 bars), l’ammoniac (Tc = 132 °C, Pc = 115 bars) ; le méthanol (Tc
= 240 °C, Pc = 79 bars) et l’éther éthylique (Tc = 194 °C, Pc = 36 bars) sont utilisés pour l’extraction des HE[5][42][44], dont les plus utilisés sont :
Extraction par CO2 supercritique (Supercritical fluid extraction): Le matériel végétal est placé dans un extracteur avec un flux de CO2 à l'état supercritique, la nature lipophile du CO2 comme solvant, avec le fort coefficient de diffusion assure une bonne diffusion, et la forte densité allant de gaz au liquide dote de la capacité du transport et de l'extraction majeur. Les extraits fluides porteurs passent à travers la phase gazeuse. Les extraits sont ensuite séparés et collectés.
Extraction par eau supercritique : Dans ce cas l’eau utilisée est chaude, et elle est entre sa température d’ébullition (100°C) et le point critique (374,1°C), la pression maintenue l’eau sous sa forme liquide, ce qui diminue sa polarité, ce qui permet l'extraction de molécules moyennement polaires et non polaires.
2.7. Distillation destructive
La matière végétale subit un processus de destruction sous la chaleur intense. Une huile typique, coriace et empyreumatique est obtenue [47].
3. Etude comparative des méthodes d’extraction des HE
Plusieurs méthodes d’extraction ont été avérées utiles pour l’obtention des HEs, ainsi, plusieurs comparaisons ont été établies pour vérifier leur efficacité, de point de vue économie d’énergie, rapidité de traitement, qualité des huiles, impact sur l’environnement etc…
